CN108508747A - 配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，属于模型建模技术领域。所述建模方法包括制粉系统建模方法、锅炉部分的相变点建模方法、汽轮机建模方法及模型参数的求取，所述制粉系统建模方法包括如下步骤：1)建立制粉系统中磨煤机料位与给煤量的动态关系；2)建立制粉系统中容量风变化与给煤机料位的动态关系；3)建立制粉系统中容量风变化与给煤机料位的动态关系。本发明首次建立了用于控制系统设计的双进双出磨煤机料位动态特性与入炉煤量的动态特性数学模型，为制粉控制系统的设计与协调控制系统的设计提供了理论指导依据。
Description
技术领域
本发明涉及模型建模技术领域，具体涉及一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法。
背景技术
随着锅炉向大容量高参数发展，超(超)临界锅炉机组由于其自身优势被日益广泛地采用。由于直流炉机组的相对复杂性，因此其控制系统与汽包炉不同，而控制器尤其是智能控制器的设计在很大程度上依赖于机组模型，因此建立适用于控制的直流炉机组的模型是十分必要的。另外，国内外文献表明，机组的燃烧建模主要是针对中速磨煤机开展，却未对复杂的双进双出磨煤机构成的制粉系统的动态模型的建立开展系统的研究工作，这种研究现状致使机组控制系统的设计缺乏必要的理论依据与指导。
目前，研究人员主要将精力集中于中速磨煤机的动态模型与双进双出磨煤机制粉系统的控制策略研究中，还没有开展配置双进双出磨煤机制粉系统的超超临界直流炉机组的完整动态模型。对于较为复杂的制粉系统的模型研究较少，特别是，双进双出磨煤机制粉系统的动态特性决定了锅炉-汽轮机负荷压力控制系统的设计。目前的研究仅仅针对于配置中速磨煤机的超(超)临界机组，对配有双进双出的超(超)临界机组制技术的研究却少有开展，几乎没有对双进双出配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法有较为深入的研究，也无控制系统成功应用的工程实例。因而，该类型机组的制粉系统特性研究与模型的建立显得尤为重要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，包括制粉系统建模方法，所述制粉系统建模方法包括如下步骤：
(1)建立制粉系统中磨煤机料位与给煤量的动态关系：
所述磨煤机料位与给煤量的动态关系为：
其中，为进入磨煤机的给煤量，t/h；L为磨煤机料位；C为筒内单位料位高度煤粉的质量，kg/m；kL为料位的修正系数，Qpp为进入磨煤机的一次风量，即容量风；为料位对象的惯性时间；为传递函数的增益；
(2)建立制粉系统中容量风变化与给煤机料位的动态关系：
所述容量风变化与给煤机料位的动态关系为：
其中，L0为初始料位，QPa0为初始容量风，为料位对象的惯性时间；
为传递函数的增益；
(3)建立制粉系统中磨煤机入炉煤量与容量风的动态关系：
A.所述磨煤机入炉煤量与容量风的动态关系为：
其中k0是系统增益，与料位大小有关；T1是中间容积时间，与磨筒的体积与容量风压有
关；τ1是纯滞后时间，与磨煤机入炉煤量的一次风管长度有关；
B.当容量风不变的情况下，入炉煤量与给煤量之间的动态关系为：
C.当给煤率不变的情况下，容量风与磨煤机入炉煤量之间的动态关系为：
其中，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；T0为磨煤机制粉过程的惯性，这与磨中的钢球装载量、磨的转速及料位有关，s表示时间。
进一步地，步骤(1)中，当还考虑到落煤管的长度，以及煤粉磨制过程产生的惯性，式(1)可写成：
其中，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；T0为磨煤机制粉过程的惯性，这与磨中的钢球装载量、磨的转速及料位有关。
进一步地，步骤(1)中，容量风携带出的粉量同料位L与容量风QPa的关系如下：
则，依据进出磨煤机的质量平衡可知：
其中，为离开磨煤机的煤粉量，t/h；M是磨筒内的存煤，t。
进一步地，所述配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法还包括锅炉部分的相变点建模方法，所述锅炉部分的相变点建模方法为：
(1)锅炉受热部分的建模方法
选取汽水分离器出口点作为代表点，得到包括省煤器、水冷壁、汽水分离器和过热器的锅炉受热部分的质量平衡方程为：
能量平衡方程：
Q＝k0rB(11)
动量平衡方程
根据假设，有ρ＝s1ρm，ρh＝s2ρmhm，hg＝lhm；将其带入(9)式和(10)式中，有
(2)锅炉减温水部分的建模方法
将锅炉减温水部分的内部动态忽略不计，得到所述锅炉减温水部分质量和能量平衡方程分别为：
Dl+Da＝Ds (15)
lDlhm+Dahec＝Dshs (16)
在实际系统中，汽水分离器出口并没有蒸汽密度的测点，为了方便求取模型系数，选择汽水分离器出口压力代替蒸汽密度作为中间状态变量，则(13)、(14)式变为：
其中，
将(15)式、(16)式代入(17)式、(18)式并整理得
其中，
c1＝b21-(b11/b12)×b22，c2＝b22-(b12/b11)×b21；
d1＝b22/b12，d2＝b21/b11，Dt＝Dfw+Da；
以上式子中，ρm，hm，pm，v分别为中间点蒸汽密度、焓值、压力、锅炉受热面总容积；Dfw，Dl，Da，Ds分别为省煤器入口给水流量，未包含减温水的过热器出口蒸汽流量，减温水流量和主蒸汽流量；hec，hs，ha分别为省煤器入口给水焓值、主蒸汽焓值和减温水焓值；l为动态过程中过热器出口蒸汽焓值相对于中间点焓值变化的比例；hg为给水焓，rB为锅炉燃烧率；Q为燃煤总发热量；k1为煤的发热量系数，与煤的发热量和机组热效率有关。
进一步地，所述配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法还包括和汽轮机建模方法，所述汽轮机建模方法为：
建立蒸汽流量与蒸汽压力、焓值之间的函数关系：
Ds＝uf(ps,hs) (21)
其中，f(·)代表了蒸汽流量与蒸汽压力、焓值之间的一种函数关系；
汽轮机实发功率为：
k2Ne＝Dshs-(qnhn+qn-1hn-1+…+q0h0) (22)
在不考虑工质质量和能量损失的前提下，(22)式变为：
k2Ne＝Dshs-(Dshec+Hn) (23)
式中Hn代表凝汽器循环水带走焓；在汽轮机等效率运行的前提下，可以假定Hn与Ne成正比，即有
k2Ne＝Dshs-Dshec-gNe (24)
式中，g为Hn与Ne的正比例系数；
以上各式中，Ds为主蒸汽流量；hec、hs分别为省煤器入口给水焓值和主蒸汽焓值；u为阀门开度；Ne为机组功率，k2为静态参数。
进一步地，所述配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法还包括模型参数的求取，所述模型参数的求取包括静态参数的求取和动态参数的求取，所述静态参数的求取由以下代数方程式求得：
其中，1为动态过程中过热器出口蒸汽焓值相对于中间点焓值变化的比例；k1为煤的发热量系数，与煤的发热量和机组热效率有关；k0和k2均为静态参数，ps为蒸汽压力，ρm，hm，pm，v分别为中间点蒸汽密度、焓值、压力、锅炉受热面总容积；Dfw，Dl，Da，Ds分别为省煤器入口给水流量，未包含减温水的过热器出口蒸汽流量，减温水流量和主蒸汽流量；hec，hs，ha分别为省煤器入口给水焓值、主蒸汽焓值和减温水焓值；hg表示给水焓，rB为锅炉燃烧率；Ne为机组功率；
所述动态参数的求取采用智能寻优算法来辨识参数具有优势，算法实现的具体过程为：选择一段机组变负荷时的运行数据，根据机组变负荷之前的稳定状态在已构建好的机组模型上设置好模型静态参数、积分器初值和动态参数初值，将实际的输入量数据加入模型，构造寻优函数：
其中：Δps、ΔNe、Δhm分别是模型计算主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值与实际运行数据的偏差；ps0、Ne0、hm0分别主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值的稳态初始值；
按照从小数值到大数值的原则改变模型动态参数，使寻优函数与0的方差达到最小；寻优规则采用遗传算法，基本过程是：首先试给出一组模型动态参数，以15％-20％经过变异后得到第一代子样本，设置方差阈值，通过检验获得第二子代，如此类推，逐渐减小寻优函数方差的阈值，最后得到合适模型动态参数。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明通过利用磨煤机料位、容量风、入炉煤量等参量的动态特征和动态特征之间的关系，首次建立了用于控制系统设计的双进双出磨煤机料位动态特性与入炉煤量的动态特性数学模型，这些对象模型的建立为制粉控制系统的设计与协调控制系统的设计提供了理论指导依据。
附图说明
图1为本发明实施例一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型的建模原理图；
图2为工作点1的给水量扰动844.44-860阶跃扰动仿真结果图；
图3为工作点1的给煤量99.44-105阶跃扰动仿真结果图；
图4为工作点1的阀门开度0.88-0.95阶跃扰动仿真结果图；
图5为工作点2的给水量638.89-650阶跃扰动仿真结果图；
图6为工作点2的给煤量76.39-80阶跃扰动仿真结果图；
图7为工作点2的阀门开度0.8-0.85阶跃扰动仿真结果图；
图8为工作点3的给水量414.73-450阶跃扰动仿真结果图；
图9为工作点3的燃料量54.17-60阶跃扰动仿真结果图；
图10为工作点3的阀门开度0.78-0.83阶跃扰动仿真结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例
本发明实施例将的建模方法运用到直流炉机组上，从整体出发，通过合理的简化和假设，避开了直流炉建模中相变点位置问题的研究，从而减少变量的个数和模型阶次，简化了模型结构。针对直流炉机组协调控制的特点，建立了从制粉系统、省煤器、水冷壁、过热器到汽轮机的综合模型。利用1000MW级超超临界机组运行数据对模型参数进行了辨识，建立50％负荷到100％负荷工作范围内的超超临界机组简化非线性模型。利用simulink进行仿真验证，确定模型的有效性。简化后的系统可以分成四个部分：制粉系统、锅炉受热部分，锅炉减温水部分和汽轮机部分。简化系统如图1所示(图中未列出制粉系统)。来自回热加热系统的未饱和水依次进入省煤器、水冷壁和过热器加热。流出过热器的蒸汽与减温喷水混合后进入汽轮机做功。做完功的乏汽经冷却水冷却后进入回热加热系统加热，最后进入锅炉。
本发明一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，包括制粉系统建模方法、锅炉部分的相变点建模方法、汽轮机建模方法及模型参数的求取，以下对各个建模方法作具体介绍。
制粉系统建模方法
对于配置双进双出磨煤机的制粉系统，由于制粉系统非常复杂，进入炉膛的煤粉量不仅同给煤量有关，同磨煤机的粉筒料位、容量风量大小关系更大。下文将就磨煤机的重要参数之一的料位动态特性进行详细论述。
(1)磨煤机料位与给煤量的动态特性
双进双出磨煤机系统是较为复杂的控制对象，其非线性非常强。如当容量风的携带煤粉的能力较弱时，随着时间的推移，由于进入磨煤机的原煤量比输送至炉膛的煤粉量要大，所以粉位将逐渐增加，是典型的积分加惯性环节，这种特性便是为何会发生堵磨的原因之一。然而，这种特性往往在磨煤机启动初期建立料位的过程被利用，可以加快料位建立的过程。
通过辨识，利用积分与惯性分别拟合过程曲线，从拟合曲线的接近程度可知，建立料位过程与停磨料位消除过程更接近积分环节。
然而，在料位正常情况下，当容量风量携带粉量的能力较大时，磨煤机料位相对于给煤量变化将是具备自平衡能力的环节。而这种特性在正常磨煤机运行过程中是极力维持的一种状态。现在就该平衡状态下的料位动态特性进行机理方面的推导。
依据进出磨煤机的质量平衡可知：
其中，为进入磨煤机的给煤量，t/h；为离开磨煤机的煤粉量，t/h；M是磨筒内的存煤，t。在这里假定存煤量与料位L存在如下关系：
M＝C*L (2)
其中，C代表筒内单位料位高度煤粉的质量，kg/m。
并假定容量风携带出的粉量同料位L与容量风QPa的关系如下：
则，式(2.6)可转化成如下形式：
当QPa不变，对上式进行拉式变换可得到料位对给煤量的传递函数：
其中，kL表示料位的修正系数，为料位对象的惯性时间；为传递函数的增益。
如果还考虑到落煤管的长度，以及煤粉磨制过程产生的惯性，上式可写成：
其中，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；
T0为磨煤机制粉过程的惯性，这与磨中的钢球装载量、磨的转速及料位有关。
(2)容量风变化对给煤机料位的动态特性
双进双出磨煤机制粉过程中，容量风的作用是输送筒内煤粉至炉膛的作用。当容量风适当增加后，料位自然降低；反过来当料位降低后，容量风携带煤粉的能力却会有所下降，最终会达到一个新的平衡，系统类似于一个惯性环节。
当容量风变化ΔQpa后，式(1)变为
上式可转化为：
在容量风变化前，下式是成立的，
所以，
忽略高次变化量得，
上式进行拉式变换得：
其中，为料位对象的惯性时间；为传递函数的增益。
(3)磨煤机入炉煤量的动态特性
首先，假设当磨煤机的料位正常时，来研究入炉煤量与容量风之间的动态关系。前文我们曾经论述过磨煤机中料位近似等价于磨筒中煤粉浓度，容量风携带煤粉的能力与料位近于成比例。所以，当料位稳定情况下，容量风量与入炉煤量之间的动态关系可以表述如下：
其中k0是系统增益，与料位大小有关；T1是中间容积时间，与磨筒的体积与容量风压有关；τ1是纯滞后时间，与磨煤机入炉煤量的一次风管长度有关。上面公式具体推导过程如下：
容量风在磨煤机流通时遵循以下质量守恒方程：
其中，Qin为进入磨煤机的容量风量，kg/s；Qout为磨煤机出口容量风量，kg/s；M为在磨筒中的空气质量，kg。
而
M＝V*ρ (A.2)
其中，V为磨筒的体积，m3；ρ为容量风密度，kg/m3。
将(A.2)式代入(A.1)得：
将容量风看成理想气体可知：
上式中，P为风压，Pa；ρ为密度，kg/m3；n绝热指数；R为空气的物性参数；T表示风温，K。上式可转化为：
ρ＝k*P (A.5)
其中，
如果压力变化ΔP后，容量风的密度也同样变化Δρ，变化关系式如下：
Δρ＝k*ΔP (A.6)
容量风流量与磨煤机的进出口差压δp符合以下的动量方程[15]：
其中，kf为流量系数。
依据小偏差线性化的原理对上式进行小变偏差变换得：
当差压变化后，我们假定筒内的压力同时增加相同的差压值，即：
ΔP＝Δ(δp)＝kfp*ΔQ (A.9)
其中，
将(A.9)代入(A.6)得：
dρ＝k*kfpdQ(A.10)
当容量风增加时，式(A.1)可以转化为
其中，Qin0、Qout0和ρ0为变化前的初始值。依据式(A.3)以及式(A.10)可得：
将上式进行拉式变换得：
Qin(s)＝Qout(s)+V*k*kfpsQout(s) (A.13)
于是得到了入口容量风增加后，磨煤机出口容量风动态变化方程为：
其中，T1＝V*k*kfp，与磨筒的体积、空气介质参数等有关。
那么，依据前文叙述的容量风携带煤粉能力与料位成正比得入炉煤量与容量风的动态特性数学方程如下：
如果考虑输粉的管路长度带来的纯延时，上式可以进一步写成：
其中，τ1为煤粉在一次风管道中的输送纯延时时间，与风速、管道长度有关。
其次，当容量风不变的情况下，入炉煤量与给煤量之间的动态特性可以通过料位动态特性映射的方式获得，当给煤机给煤率变化后，磨煤机料位发生变化后，相应的入炉煤量与料位的动态惯性类似。那么，依据上面料位动态方程(2.11)可以得出该条件下入炉煤量的动态特性方程为：
上式中的相关参数见上文。
再次，当给煤率不变的情况下，容量风与磨煤机入炉煤量之间的动态特性是一个较复杂的过程。当容量风增加时，入炉煤量增加，但磨煤机的料位将下降，反过来容量风的携带煤粉的能力下降，即磨煤机的入炉煤量渐渐下降。按照上面的说法，我们可以将将该过程看成两部分：
上式中的相关参数同样见上文。
锅炉部分的相变点建模方法
当机组的工况在小范围内变化时，认为汽水流程中各点的质量变化和能量变化在锅炉介质总质量变化与总能量变化中的比例保持不变。这样，便可以选取汽水流程中任意的点来代表锅炉内介质的状态。维持燃水比是保证直流炉机组过热汽温正常的基本手段，而分离器出口的微过热蒸汽焓值能迅速反映燃水比是否失调，因此选取汽水分离器出口点作为代表点。图1中建模部分(1)内质量平衡方程为：
能量平衡方程：
Q＝k0rB (18)
动量平衡方程
根据假设，有ρ＝s1ρm，ρh＝s2ρmhm，hg＝lhm。将其带入(16)式和(17)式中，有
由于喷水减温器体积较小，内部动态变化快，因此图1中建模部分(2)中的内部动态可以忽略不计。其质量和能量平衡方程为：
Dl+Da＝Ds (22)
lDlhm+Dahec＝Dshs (23)
在实际系统中，汽水分离器出口并没有蒸汽密度的测点。为了方便求取模型系数，选择汽水分离器出口压力代替蒸汽密度作为中间状态变量。则(20)、(21)式变为：
其中，
将(22)式、(23)式代入(24)式、(25)式并整理得
其中，
c1＝b21-(b11/b12)×b22
c2＝b22-(b12/b11)×b21
d1＝b22/b12
d2＝b21/b11
Dt＝Dfw+Da
汽轮机部分建模方法
根据ISA标准，进入汽轮机的蒸汽流量和蒸汽的压力密度有以下关系：
其中，α是根据蒸汽的状态确定的。蒸汽的过热度越小，α越小。当蒸汽为饱和蒸汽时，α＝0。由于过热蒸汽的压力、焓值和密度之间存在函数关系，所以式(28)可以写成
Ds＝uf(ps,hs) (29)
其中，f(·)代表了蒸汽流量与蒸汽压力、焓值之间的一种函数关系。
汽轮机实发功率为：
k2Ne＝Dshs-(qnhn+qn-1hn-1+…+q0h0) (30)
在不考虑工质质量和能量损失的前提下，(30)式变为：
k2Ne＝Dshs-(Dshec+Hn) (31)
式中Hn代表凝汽器循环水带走焓。在汽轮机等效率运行的前提下，可以假定Hn与Ne成正比。即有
k2Ne＝Dshs-Dshec-gNe (32)
将式(11)中的同类项归并整理得
k2Ne＝Dshs-Dshec (33)
以上各式中，ρm，hm，pm，v分别为中间点蒸汽密度、焓值、压力、锅炉受热面总容积；Dfw，Dl，Da，Ds分别为省煤器入口给水流量，未包含减温水的过热器出口蒸汽流量，减温水流量和主蒸汽流量；hec，hs，ha分别为省煤器入口给水焓值、主蒸汽焓值和减温水焓值；l为动态过程中过热器出口蒸汽焓值相对于中间点焓值变化的比例；rB为锅炉燃烧率；Q为燃煤总发热量；u为阀门开度；Ne为机组功率。Q为总吸热流量，kJ/s，k1为煤的发热量系数，与煤的发热量和机组热效率有关。
模型参数求取
(1)静态参数求取
当机组处于稳态时，其内部所有状态均可认为不再变化。对应到模型中为(25)式的微分项为零。静态参数便可由以下代数方程式求得
在不同工况点下，静态参数的值如表1所示。由表1可以看出，当负荷在100％到50％负荷之间变化时，除参数l外，其余参数的波动幅度都很小，可以用其在不同负荷下值的平均值来作为简化非线性模型的参数值。对于l，可以看出，其是根据负荷水平的变化而单调变化的。表1同时显示出差压pm-ps的大小能够反映机组运行的负荷水平。因此，参数k1可以看做跟随pm-ps变化的变量。
表2.3不同稳态负荷下各静态参数计算值
(2)动态参数求取
对于同时具有纯迟延、多变量、非线性特性的对象，应用一般的辨识方法辨识模型中的参数存在一定困难。加上机组在运行过程中存在许多不确定因素，所以采用智能寻优算法来辨识参数具有优势。算法实现的具体过程为：选择一段机组变负荷时的运行数据，根据机组变负荷之前的稳定状态在已构建好的机组模型上设置好模型静态参数、积分器初值和动态参数初值，将实际的输入量数据加入模型，构造寻优函数：
其中：Δps、ΔNe、Δhm分别是模型计算主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值与实际运行数据的偏差；ps0、Ne0、hm0分别主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值的稳态初始值。
按照一定规则改变模型动态参数，使寻优函数与0的方差达到最小。寻优规则采用遗传算法，基本过程是：首先试给出一组模型动态参数，以一定的概率经过变异后得到第一代子样本，设置方差阈值，通过检验获得第二子代，如此类推，逐渐减小寻优函数方差的阈值，最后得到合适模型动态参数。根据机组变负荷过程的运行数据寻优得到模型的动态参数：c0＝180，c1＝1060000，c2＝59830，d1＝500，d2＝3000，τ＝17s。
为了从本质上说明模型的正确性，本发明还对模型进行阶跃扰动实验。具体实现过程是：在模型稳定于某一工况的情况下，阶跃增加或减少任一输入量，同时保持其它输入量不变。记录模型输出量的变化。按照这一步骤，分别将超超临界直流机组协调控制系统中3个控制量(给水流量指令、燃料量指令和汽机阀门开度指令)作为扰动做仿真实验。分别在3个工作点做阶跃扰动仿真实验。工作点1(ps＝25.51,Ne＝1000,hm＝1784.3)阶跃仿真结果如图2、图3和图4所示。工作点2(ps＝20.36,Ne＝760,hm＝1865.4)阶跃仿真实验结果如图5、图6和图7所示。工作点3(ps＝13.31,Ne＝500,hm＝1584.9)阶跃仿真实验结果如图8、图9和图10所示。
从上面的3组工作点仿真结果可以看出在给水流量阶跃增加扰动下，各个输出变量变化应为：给水流量增加导致过热器出口蒸汽流量增加，机组负荷先上升，由于锅炉吸热量不变导致过热蒸汽温度下降，机组负荷回落。由于工质吸热量不变，机组负荷最终恢复到原来水平；同样由于开始出口蒸汽流量增加，机前压力增加。当蒸汽温度下降、容积流量减少时，压力又有所下降；由于燃水比减小，蒸发段延后，中间点温度下降至一定水平。
在燃料量阶跃增加扰动下，各个输出变量变化应为：锅炉各个受热面吸热量增加，给水量保持不变，导致蒸汽参数(温度、压力)缓慢升高至一定水平，机组负荷上升，最终增加到与燃料量相对应的水平。
在汽轮机调门开度阶跃增加扰动下，各个输出变量变化应为：机前压力降低导致锅炉蓄热释放，机组负荷增加，由于燃料量和给水流量没有变化，锅炉释放出蓄热后，经过一段时间后机组负荷恢复到原来的水平；机前压力随着锅炉蓄热的释放逐渐降低最后稳定；中间点温度在蒸汽流量增加后略微降低，由于燃料量和给水流量没有变化，随着蒸汽流量恢复回升到原来的水平。可以看出，仿真结果与动态特性分析一致。这说明所建立模型在本质上是正确的。
Claims (6)
1.一种配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，包括制粉系统建模方法，包括如下步骤：
(1)建立制粉系统中磨煤机料位与给煤量的动态关系：
所述磨煤机料位与给煤量的动态关系为：
其中，为进入磨煤机的给煤量，t/h；L为磨煤机料位；C为筒内单位料位高度煤粉的质量，kg/m；kL为料位的修正系数，Qpp为进入磨煤机的一次风量，即容量风；为料位对象的惯性时间；为传递函数的增益；
(2)建立制粉系统中容量风变化与给煤机料位的动态关系：
所述容量风变化与给煤机料位的动态关系为：
其中，L0为初始料位，QPa0为初始容量风，为料位对象的惯性时间；为传递函数的增益；
(3)建立制粉系统中磨煤机入炉煤量与容量风的动态关系：
A.所述磨煤机入炉煤量与容量风的动态关系为：
其中，Qpa为容量风，k0是系统增益，与料位大小有关；T1是中间容积时间，与磨筒的体积与容量风压有关；τ1是纯滞后时间，与磨煤机入炉煤量的一次风管长度有关；
B.当容量风不变的情况下，入炉煤量与给煤量之间的动态关系为：
C.当给煤率不变的情况下，容量风与磨煤机入炉煤量之间的动态关系为：
其中，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；T0为磨煤机制粉过程的惯性，这与磨中的钢球装载量、磨的转速及料位有关，s表示时间。
2.根据权利要求1所述的配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，步骤(1)中，当还考虑到落煤管的长度，以及煤粉磨制过程产生的惯性，式(1)可写成：
其中，τ为纯迟延时间，与落煤管路的长度有关系；T0为磨煤机制粉过程的惯性，这与磨中的钢球装载量、磨的转速及料位有关。
3.根据权利要求1所述的配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，步骤(1)中，容量风携带出的粉量同料位L与容量风QPa的关系如下：
则，依据进出磨煤机的质量平衡可知：
其中，为离开磨煤机的煤粉量，t/h；M是磨筒内的存煤，t。
4.根据权利要求1所述的配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，还包括锅炉部分的相变点建模方法，所述锅炉部分的相变点建模方法为：
(1)锅炉受热部分的建模方法
选取汽水分离器出口点作为代表点，得到包括省煤器、水冷壁、汽水分离器和过热器的锅炉受热部分的质量平衡方程为：
能量平衡方程：
Q＝k0rB (11)
动量平衡方程
根据假设，有ρ＝s1ρm，ρh＝s2ρmhm，hg＝lhm；将其带入(9)式和(10)式中，有
(2)锅炉减温水部分的建模方法
将锅炉减温水部分的内部动态忽略不计，得到所述锅炉减温水部分质量和能量平衡方程分别为：
Dl+Da＝Ds (15)
lDlhm+Dahec＝Dshs (16)
在实际系统中，汽水分离器出口并没有蒸汽密度的测点，为了方便求取模型系数，选择汽水分离器出口压力代替蒸汽密度作为中间状态变量，则(13)、(14)式变为：
其中，
将(15)式、(16)式代入(17)式、(18)式并整理得
其中，
c1＝b21-(b11/b12)×b22，c2＝b22-(b12/b11)×b21；
d1＝b22/b12，d2＝b21/b11，Dt＝Dfw+Da；
以上式子中，ρm，hm，pm，v分别为中间点蒸汽密度、焓值、压力、锅炉受热面总容积；Dfw，Dl，Da，Ds分别为省煤器入口给水流量，未包含减温水的过热器出口蒸汽流量，减温水流量和主蒸汽流量；hec，hs，ha分别为省煤器入口给水焓值、主蒸汽焓值和减温水焓值；l为动态过程中过热器出口蒸汽焓值相对于中间点焓值变化的比例；hg为给水焓，rB为锅炉燃烧率；Q为燃煤总发热量；k1为煤的发热量系数，与煤的发热量和机组热效率有关。
5.根据权利要求1所述的配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，还包括汽轮机建模方法，所述汽轮机建模方法为：
建立蒸汽流量与蒸汽压力、焓值之间的函数关系：
Ds＝uf(ps,hs) (21)
其中，f(·)代表了蒸汽流量与蒸汽压力、焓值之间的一种函数关系；
汽轮机实发功率为：
k2Ne＝Dshs-(qnhn+qn-1hn-1+…+q0h0) (22)
在不考虑工质质量和能量损失的前提下，(22)式变为：
k2Ne＝Dshs-(Dshec+Hn) (23)
式中Hn代表凝汽器循环水带走焓；在汽轮机等效率运行的前提下，可以假定Hn与Ne成正比，即有
k2Ne＝Dshs-Dshec-gNe (24)
式中，g为Hn与Ne的正比例系数；
以上各式中，Ds为主蒸汽流量；hec、hs分别为省煤器入口给水焓值和主蒸汽焓值；u为阀门开度；Ne为机组功率，k2表示静态参数。
6.根据权利要求1所述的配置双进双出磨煤机制粉系统的直流炉机组模型建模方法，其特征在于，还包括模型参数的求取，所述模型参数的求取包括静态参数的求取和动态参数的求取，所述静态参数的求取由以下代数方程式求得：
其中，l为动态过程中过热器出口蒸汽焓值相对于中间点焓值变化的比例；k1为煤的发热量系数，与煤的发热量和机组热效率有关；k0和k2为静态参数ps为蒸汽压力,ρm，hm，pm，v分别为中间点蒸汽密度、焓值、压力、锅炉受热面总容积；Dfw，Dl，Da，Ds分别为省煤器入口给水流量，未包含减温水的过热器出口蒸汽流量，减温水流量和主蒸汽流量；hec，hs，ha分别为省煤器入口给水焓值、主蒸汽焓值和减温水焓值；hg为给水焓，rB为锅炉燃烧率；Ne为机组功率；
所述动态参数的求取采用智能寻优算法来辨识参数具有优势，算法实现的具体过程为：选择一段机组变负荷时的运行数据，根据机组变负荷之前的稳定状态在已构建好的机组模型上设置好模型静态参数、积分器初值和动态参数初值，将实际的输入量数据加入模型，构造寻优函数：
其中：Δps、ΔNe、Δhm分别是模型计算主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值与实际运行数据的偏差；ps0、Ne0、hm0分别主蒸汽压力、机组负荷、中间点焓值的稳态初始值；
按照从小数值到大数值的原则改变模型动态参数，使寻优函数与0的方差达到最小；寻优规则采用遗传算法，基本过程是：首先试给出一组模型动态参数，以15％-20％经过变异后得到第一代子样本，设置方差阈值，通过检验获得第二子代，如此类推，逐渐减小寻优函数方差的阈值，最后得到合适模型动态参数。
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